JP6654678B2 - X-ray imaging system - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像装置を備えるX線撮像システムに関するものである。 The present invention relates to an X-ray imaging system including a solid-state imaging device.
固体撮像装置として、CMOS技術を用いたものが知られており、その中でもパッシブピクセルセンサ(PPS: Passive Pixel Sensor)方式のものが知られている。PPS方式の固体撮像装置は、入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを含むPPS型の画素がM行N列に2次元配列された受光部を備える。この固体撮像装置は、各画素において光入射に応じてフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を出力する。 As a solid-state imaging device, a device using CMOS technology is known, and among them, a passive pixel sensor (PPS: Passive Pixel Sensor) type is known. The PPS type solid-state imaging device includes a light receiving unit in which PPS type pixels including a photodiode that generates an amount of charge according to the intensity of incident light are two-dimensionally arranged in M rows and N columns. This solid-state imaging device outputs a voltage value corresponding to the amount of electric charge generated in the photodiode in response to light incidence in each pixel.
一般に、各列のM個の画素それぞれの出力端は、その列に対応して設けられている読出用配線を介して、その列に対応して設けられている積分回路の入力端と接続されている。そして、第1行から第M行まで順次に行毎に、画素のフォトダイオードで発生した電荷は、対応する読出用配線を通って、対応する積分回路に入力されて、その積分回路から電荷量に応じた電圧値が出力される。また、この電圧値はAD変換されてデジタル値とされる。 Generally, an output terminal of each of the M pixels in each column is connected to an input terminal of an integration circuit provided for the column via a readout wiring provided for the column. ing. Then, for each row from the first row to the M-th row, the charge generated in the photodiode of the pixel is input to the corresponding integration circuit through the corresponding readout wiring, and the charge amount is output from the integration circuit. Is output. This voltage value is converted into a digital value by AD conversion.
PPS方式の固体撮像装置は、様々な用途で用いられ、例えば、シンチレータ部と組み合わされてX線フラットパネルとして医療用途や工業用途でも用いられ、更に具体的にはX線CT装置やマイクロフォーカスX線検査装置等においても用いられる。特許文献1に開示されたX線撮像システムは、X線発生装置から出力されて撮像対象物を透過したX線を固体撮像装置により撮像して該撮像対象物を撮像することができる。このX線撮像システムは、撮像対象物を透過したX線を固体撮像装置により複数種類の撮像モードで撮像することが可能であるとされている。
PPS-type solid-state imaging devices are used in various applications, for example, combined with a scintillator unit and used as an X-ray flat panel in medical or industrial applications. More specifically, an X-ray CT device or a microfocus X-ray device is used. It is also used in line inspection equipment and the like. The X-ray imaging system disclosed in
このような固体撮像装置では、S/N比の向上およびフレームレートの向上が求められている。用途または撮像モードによっては固体撮像装置を移動させながら撮像をする場合があるが、そのような場合に用いられる固体撮像装置は、各画素のフォトダイオードを移動方向に長い形状とすることで、S/N比の向上およびフレームレートの向上を図ることができると期待される。 In such a solid-state imaging device, an improvement in the S / N ratio and an improvement in the frame rate are required. Depending on the application or the imaging mode, imaging may be performed while moving the solid-state imaging device. In such a case, the solid-state imaging device used is configured such that the photodiode of each pixel has a shape that is long in the movement direction. It is expected that the / N ratio and the frame rate can be improved.
例えばパノラマ撮像モードやCT撮像モード等では、固体撮像装置を移動させながら撮像を行ない、この撮像により得られた信号を処理することによって、撮像対象物の画像を再構成する。このとき、1フレームの撮像期間中における固体撮像装置の移動距離は数mmになる場合がある。各画素から出力される電荷の量は、1フレーム当りの移動距離に亘る入射光量の積算値に応じたものとなる。 For example, in a panoramic imaging mode, a CT imaging mode, or the like, imaging is performed while moving the solid-state imaging device, and a signal obtained by the imaging is processed to reconstruct an image of an imaging target. At this time, the moving distance of the solid-state imaging device during the imaging period of one frame may be several mm. The amount of electric charge output from each pixel depends on the integrated value of the amount of incident light over the moving distance per frame.
したがって、固体撮像装置の各画素のフォトダイオードを移動方向に長い形状としても、再構成処理により得られる画像の品質の低下は小さい。寧ろ、各画素のフォトダイオードの面積が大きくなることによって各画素に入射する光の量が増加するのでS/N比が向上することが期待され、また、画素数が減少するのでフレームレートが向上することが期待される。 Therefore, even if the photodiode of each pixel of the solid-state imaging device has a shape that is long in the movement direction, the quality of the image obtained by the reconstruction processing is not significantly reduced. Rather, the S / N ratio is expected to be improved because the amount of light incident on each pixel is increased by increasing the area of the photodiode of each pixel, and the frame rate is improved because the number of pixels is reduced. It is expected to be.
しかし、固体撮像装置を用いた実際のシステムでは固体撮像装置の移動速度は様々であり、固体撮像装置の各画素のフォトダイオードの移動方向の長さをシステム毎に設計することは現実的ではない。また、撮像モードによっては、固体撮像装置の各画素のフォトダイオードを移動方向に長い形状とすることは好ましくない場合がある。 However, in an actual system using a solid-state imaging device, the moving speed of the solid-state imaging device varies, and it is not realistic to design the length of the moving direction of the photodiode of each pixel of the solid-state imaging device for each system. . Further, depending on the imaging mode, it may not be preferable to make the photodiode of each pixel of the solid-state imaging device long in the moving direction.
各画素のフォトダイオードを移動方向に長い形状とすることと同様の効果を得ることができる技術として、或る領域に含まれる複数の画素からの出力値を加算したものを該領域の値とするビニングがある。この技術では、ビニング領域の形状や大きさを画素の単位で柔軟に設定することができる。 As a technique capable of obtaining the same effect as making the photodiode of each pixel long in the movement direction, a value obtained by adding output values from a plurality of pixels included in a certain area is set as the value of the area There is binning. In this technique, the shape and size of the binning area can be set flexibly in units of pixels.
MN個の画素がM行N列に2次元配列された受光部を備える固体撮像装置に従来のビニングを適用して、例えば各々2行1列の画素からなるビニング領域を想定した場合、固体撮像装置から1フレーム当り(M/2)行N列分のデータ数の信号が出力される。すなわち、ビニングしない場合と比較して、ビニングする場合には、1フレーム当りの出力信号のデータ数が2分の1となり、フレームレートを2倍にすることができる。また、S/N比も向上する。 When a conventional binning is applied to a solid-state imaging device including a light receiving unit in which MN pixels are two-dimensionally arranged in M rows and N columns, for example, assuming a binning region including pixels in two rows and one column, solid-state imaging is performed. The apparatus outputs signals of the number of data of (M / 2) rows and N columns per frame. That is, compared to the case without binning, when binning is performed, the number of data of the output signal per frame is halved, and the frame rate can be doubled. Also, the S / N ratio is improved.
従来では、ビニングすることによって1フレーム当りの出力信号のデータ数が減少し、また、各ビニング領域に含まれる画素の個数により1フレーム当りの出力信号のデータ数が異なる。1フレーム当りの出力信号のデータ数が異なると、それに応じて画像再構成処理の内容を変更する必要がある。このように従来のビニングでは出力信号の取り扱いが容易ではない。 Conventionally, binning reduces the number of output signal data per frame, and the number of output signal data per frame varies depending on the number of pixels included in each binning area. If the number of data of the output signal per frame is different, it is necessary to change the content of the image reconstruction processing accordingly. As described above, the handling of the output signal is not easy in the conventional binning.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ビニングした場合でも取り扱いが容易な信号を出力することができる固体撮像装置を備えるX線撮像システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide an X-ray imaging system including a solid-state imaging device that can output a signal that can be easily handled even when binning is performed. .
本発明のX線撮像システムは、X線発生装置から出力されて撮像対象物を透過したX線を固体撮像装置により撮像して撮像対象物の画像を再構成するものである。
固体撮像装置は、(1) 入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、このフォトダイオードと接続された読出用スイッチと、を各々含むMN個の画素P1,1〜PM,NがM行N列に2次元配列された受光部と、(2) 受光部における第m行のN個の画素Pm,1〜Pm,Nそれぞれの読出用スイッチに対し開閉動作を指示する第m行選択制御信号を与える行選択用配線LV,mと、(3) 受光部における第n列のM個の画素P1,n〜PM,nそれぞれの読出用スイッチと接続され、M個の画素P1,n〜PM,nのうちの何れかの画素のフォトダイオードで発生した電荷を、該画素の読出用スイッチを介して読み出す読出用配線LO,nと、(4) 読出用配線LO,1〜LO,Nそれぞれと接続され、読出用配線LO,nを経て入力された電荷の量に基づいて生成されたデジタル値を出力する出力部と、(5) 行選択用配線LV,1〜LV,Mを介して受光部におけるMN個の画素P1,1〜PM,Nそれぞれの読出用スイッチの開閉動作を制御するとともに、出力部におけるデジタル値出力動作を制御する制御部と、を備える。読出用配線LO,nにより互いに接続された受光部および出力部を各々含む複数のブロックが構成され、各ブロックの受光部が行方向に並列配置されており、各ブロックの出力部がデジタル値を記憶する記憶部を含む。
制御部は、受光部においてM行N列に2次元配列された画素P 1,1 〜P M,N を各々Q行R列の画素からなる単位領域に区分し、これらの(M/Q)行(N/R)列に2次元配列された単位領域を各々K行1列の単位領域からなるビニング領域に区分して、受光部において(M/KQ)行(N/R)列に2次元配列されたビニング領域について順次に行毎に、該行にあるビニング領域に含まれる画素の読出用スイッチを閉じさせて、これらの画素のフォトダイオードで発生した電荷を出力部に入力させ、各ビニング領域に含まれるKQR個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を出力部から出力させる。固体撮像装置が撮像期間中に受光部における列方向に移動し、固体撮像装置の移動速度をvとし、フレームレートをfとし、画素ピッチをdとしたとき、v/f>KQd なる関係を満たす。
ただし、M,Nは2以上の整数であり、mは1以上M以下の整数であり、nは1以上N以下の整数である。
An X-ray imaging system according to the present invention is configured to reconstruct an image of an imaging target by imaging an X-ray output from an X-ray generation device and transmitted through the imaging target using a solid-state imaging device.
Solid-state imaging device, (1) a photodiode for generating electric charge of an amount according to incident light intensity, MN pixels P 1,1 include a readout switch connected with the photodiode, respectively to P M , N are two-dimensionally arranged in M rows and N columns, and (2) opening / closing operations are performed on readout switches of each of the N pixels P m, 1 to P m, N in the m th row in the light receiving section. (3) connection with a readout switch of each of the M pixels P1 , n to PM , n of the nth column in the light receiving section, and a row selection wiring LV , m for giving an instructed mth row selection control signal; A readout wiring LO , n for reading out a charge generated in a photodiode of any one of the M pixels P1 , n to PM , n via a readout switch of the pixel; (4) readout wiring L O, 1 ~L O, n are connected respectively, is input through the readout wiring L O, n- An output unit for outputting a digital value generated based on the amount of the load, (5) the row selecting wiring L V, 1 ~L V, MN pixels P 1, 1 to P in the light receiving portion through the M A control unit that controls the opening and closing operation of each of the M and N readout switches and controls the digital value output operation in the output unit. A plurality of blocks each including a light receiving section and an output section connected to each other by readout wirings LO , n are formed, and the light receiving sections of each block are arranged in parallel in the row direction. Is included.
The control unit divides the pixels P 1,1 to PM , N two-dimensionally arranged in M rows and N columns in the light receiving unit into unit areas each including pixels in Q rows and R columns, and these (M / Q) The unit areas two-dimensionally arranged in the row (N / R) column are divided into binning areas each having a unit area of K rows and 1 column, and two (M / KQ) rows (N / R) columns are formed in the light receiving unit. For each row in the binning area arranged in a dimension, the readout switches of the pixels included in the binning area in the row are closed, and the charges generated by the photodiodes of these pixels are input to the output unit. A digital value corresponding to the sum of the amounts of charges output from the KQR pixels included in the binning area is output from the output unit. When the solid-state imaging device moves in the column direction in the light receiving unit during the imaging period, and the moving speed of the solid-state imaging device is v, the frame rate is f, and the pixel pitch is d, the relationship v / f> KQd is satisfied. .
Here, M and N are integers of 2 or more, m is an integer of 1 or more and M or less, and n is an integer of 1 or more and N or less.
本発明によれば、固体撮像装置においてビニングした場合でも取り扱いが容易な信号を出力することができる。 According to the present invention, it is possible to output a signal that is easy to handle even when binning is performed in a solid-state imaging device.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
図1は、第1実施形態の固体撮像装置1の構成を示す図である。固体撮像装置1は、受光部10,出力部20および制御部30を備える。固体撮像装置1は、X線撮像に用いられる場合には、受光部10を覆うシンチレータ部を備えるのが好適である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the solid-
受光部10は、MN個の画素P1,1〜PM,NがM行N列に2次元配列されたものである。MN個の画素P1,1〜PM,Nは、行方向および列方向の双方に一定ピッチで配列されている。画素Pm,nは第m行第n列に位置する。各画素Pm,nは、PPS方式のものであって、共通の構成を有する。第m行のN個の画素Pm,1〜Pm,Nそれぞれは、第m行選択用配線LV,mにより制御部30と接続されている。第n列のM個の画素P1,n〜PM,nそれぞれの出力端は、第n列読出用配線LO,nにより出力部20と接続されている。ここで、M,Nそれぞれは2以上の整数であり、mは1以上M以下の各整数であり、nは1以上N以下の各整数である。
The
出力部20は、読出用配線LO,nを経て入力された電荷の量に基づいて生成されたデジタル値を出力する。出力部20は、N個の積分回路211〜21N,N個のホールド回路221〜22N,AD変換部23および記憶部24を含む。各積分回路21nは共通の構成を有する。また、各ホールド回路22nは共通の構成を有する。
The
各積分回路21nは、何れかの列読出用配線を経て入力端に入力された電荷を蓄積して、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力端からホールド回路22nへ出力する。なお、各積分回路21nは、同図では第n列読出用配線LO,nと接続されているが、後述するようにスイッチにより他の読出用配線にも接続される場合がある。N個の積分回路211〜21Nそれぞれは、リセット用配線LRにより制御部30と接続されている。
Each integrating circuit 21 n accumulates one of the input charge to the input terminal through the column readout wiring, and outputs a voltage value according to the accumulated charge amount from an output terminal to the holding circuit 22 n. Although each of the integrating circuits 21n is connected to the n-th column readout wiring LO , n in the figure, it may be connected to another readout wiring by a switch as described later. The
各ホールド回路22nは、積分回路21nの出力端と接続された入力端を有し、この入力端に入力される電圧値をホールドし、そのホールドした電圧値を出力端からAD変換部23へ出力する。N個のホールド回路221〜22Nそれぞれは、ホールド用配線LHにより制御部30と接続されている。また、各ホールド回路22nは、第n列選択用配線LH,nにより制御部30と接続されている。
Each holding circuit 22 n is the integrating circuit 21 n has an input terminal connected to an output terminal of, holds the voltage value input to this input terminal,
AD変換部23は、N個のホールド回路221〜22Nそれぞれから出力される電圧値を入力し、その入力電圧値(アナログ値)に対してAD変換処理をして、その入力電圧値に応じたデジタル値を記憶部24へ出力する。記憶部24は、AD変換部23から出力されるデジタル値を入力して記憶し、その記憶したデジタル値を順に出力する。
制御部30は、第m行選択制御信号Vsel(m)を第m行選択用配線LV,mへ出力して、この第m行選択制御信号Vsel(m)を第m行のN個の画素Pm,1〜Pm,Nそれぞれに与える。制御部30は、リセット制御信号Resetをリセット用配線LRへ出力して、このリセット制御信号ResetをN個の積分回路211〜21Nそれぞれに与える。制御部30は、ホールド制御信号Holdをホールド用配線LHへ出力して、このホールド制御信号HoldをN個のホールド回路221〜22Nそれぞれに与える。制御部30は、第n列選択制御信号Hsel(n)を第n列選択用配線LH,nへ出力して、この第n列選択制御信号Hsel(n)をホールド回路22nに与える。また、制御部30は、AD変換部23におけるAD変換処理を制御し、記憶部24におけるデジタル値の書き込み及び読み出しをも制御する。
The
図2は、固体撮像装置1の画素Pm,n,積分回路21nおよびホールド回路22nそれぞれの回路図である。ここでは、MN個の画素P1,1〜PM,Nを代表して画素Pm,nの回路図を示し、N個の積分回路211〜21Nを代表して積分回路21nの回路図を示し、また、N個のホールド回路221〜22Nを代表してホールド回路22nの回路図を示す。すなわち、第m行第n列の画素Pm,nおよび第n列読出用配線LO,nに関連する回路部分を示す。
FIG. 2 is a circuit diagram of each of the pixel P m, n , the integration circuit 21 n, and the hold circuit 22 n of the solid-
画素Pm,nは、フォトダイオードPDおよび読出用スイッチSW1を含む。フォトダイオードPDのアノード端子は接地され、フォトダイオードPDのカソード端子は読出用スイッチSW1を介して第n列読出用配線LO,nと接続されている。フォトダイオードPDは、入射光強度に応じた量の電荷を発生し、その発生した電荷を接合容量部に蓄積する。フォトダイオードPDの光感応領域の形状は略正方形であるのが好適である。読出用スイッチSW1は、制御部30から第m行選択用配線LV,mを通った第m行選択制御信号Vsel(m)が与えられる。第m行選択制御信号Vsel(m)は、受光部10における第m行のN個の画素Pm,1〜Pm,Nそれぞれの読出用スイッチSW1の開閉動作を指示するものである。
Pixel P m, n includes a switch SW 1 for the photodiode PD and a readout. The anode terminal of the photodiode PD is grounded, the cathode terminal of the photodiode PD is connected to the n-th column readout wiring L O via the readout switch SW 1, and n. The photodiode PD generates an amount of electric charge according to the intensity of incident light, and accumulates the generated electric charge in the junction capacitance portion. The shape of the photosensitive region of the photodiode PD is preferably substantially square. Readout switch SW 1 is the m row selecting wiring L V, m-th row selection control signal Vsel passed through the m (m) is given from the
この画素Pm,nでは、第m行選択制御信号Vsel(m)がローレベルであるときに、読出用スイッチSW1が開いて、フォトダイオードPDで発生した電荷は、第n列読出用配線LO,nへ出力されることなく、接合容量部に蓄積される。一方、第m行選択制御信号Vsel(m)がハイレベルであるときに、読出用スイッチSW1が閉じて、それまでフォトダイオードPDで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、読出用スイッチSW1を経て、第n列読出用配線LO,nへ出力される。 In this pixel P m, n, when the m-th row selecting control signal Vsel (m) is at low level, the readout switch SW 1 in the open, the charge generated by the photodiode PD, the n-th column readout wiring It is not output to L O, n but is stored in the junction capacitance portion. On the other hand, when the m-th row selecting control signal Vsel (m) is at high level, closes the readout switch SW 1, the charges accumulated in the junction capacitance portion is generated in the photodiode PD until it is read through the use switch SW 1, and output the n-th column readout wiring L O, to n.
第n列読出用配線LO,nは、受光部10における第n列のM個の画素P1,n〜PM,nそれぞれの読出用スイッチSW1と接続されている。第n列読出用配線LO,nは、M個の画素P1,n〜PM,nのうちの何れかの画素のフォトダイオードPDで発生した電荷を、該画素の読出用スイッチSW1を介して読み出して、積分回路21nへ転送する。
The n-th column readout wiring L O, n is connected first M pixels P 1 n columns, n to P M, n switches SW 1 and for each of the reading in the
積分回路21nは、アンプA2,積分用容量素子C2およびリセット用スイッチSW2を含む。積分用容量素子C2およびリセット用スイッチSW2は、互いに並列的に接続されて、アンプA2の入力端子と出力端子との間に設けられている。アンプA2の入力端子は、第n列読出用配線LO,nと接続されている。リセット用スイッチSW2は、制御部30からリセット用配線LRを経たリセット制御信号Resetが与えられる。リセット制御信号Resetは、N個の積分回路211〜21Nそれぞれのリセット用スイッチSW2の開閉動作を指示するものである。
Integrating circuit 21 n includes an amplifier A 2, an integrating capacitive element C 2 and the reset switch SW 2. Integrating capacitive element C 2 and the reset switch SW 2 are connected in parallel to each other, and provided between an input terminal of the amplifier A 2 and the output terminal. The input terminal of the amplifier A 2 is connected to the n-th column readout wiring L O, n. Reset switch SW 2 is reset control signal Reset passing through the resetting wiring L R supplied from the
この積分回路21nでは、リセット制御信号Resetがハイレベルであるときに、リセット用スイッチSW2が閉じて、積分用容量素子C2が放電され、積分回路21nから出力される電圧値がリセットされる。一方、リセット制御信号Resetがローレベルであるときに、リセット用スイッチSW2が開いて、入力端に入力された電荷が積分用容量素子C2に蓄積され、その蓄積電荷量に応じた電圧値が積分回路21nから出力される。 In the integrating circuit 21 n, when the reset control signal Reset is at high level, to close the reset switch SW 2, the integrating capacitive element C 2 is discharged, the voltage value reset is output from the integrating circuit 21 n Is done. On the other hand, when the reset control signal Reset is at low level, and opens the reset switch SW 2, charges input to the input terminal are accumulated in the integrating capacitive element C 2, the voltage value corresponding to the accumulated charge amount There is output from the integrating circuit 21 n.
ホールド回路22nは、入力用スイッチSW31,出力用スイッチSW32およびホールド用容量素子C3を含む。ホールド用容量素子C3の一端は接地されている。ホールド用容量素子C3の他端は、入力用スイッチSW31を介して積分回路21nの出力端と接続され、出力用スイッチSW32を介して電圧出力用配線Loutと接続されている。入力用スイッチSW31は、制御部30からホールド用配線LHを通ったホールド制御信号Holdが与えられる。ホールド制御信号Holdは、N個のホールド回路221〜22Nそれぞれの入力用スイッチSW31の開閉動作を指示するものである。出力用スイッチSW32は、制御部30から第n列選択用配線LH,nを通った第n列選択制御信号Hsel(n)が与えられる。第n列選択制御信号Hsel(n)は、ホールド回路22nの出力用スイッチSW32の開閉動作を指示するものである。
Hold circuit 22 n includes an input switch SW 31, an output switch SW 32 and the holding capacitive element C 3. One end of the holding capacitive element C 3 is grounded. The other end of the holding capacitive element C 3 is connected to the output terminal of the integrating circuit 21 n via the input switch SW 31, and is connected to the voltage output wiring L out via the output switch SW 32. Input switch SW 31 is hold control signal Hold is given that has passed through the hold wiring L H from the controlling
このホールド回路22nでは、ホールド制御信号Holdがハイレベルからローレベルに転じると、入力用スイッチSW31が閉状態から開状態に転じて、そのときに入力端に入力されている電圧値がホールド用容量素子C3にホールドされる。また、第n列選択制御信号Hsel(n)がハイレベルであるときに、出力用スイッチSW32が閉じて、ホールド用容量素子C3にホールドされている電圧値が電圧出力用配線Loutへ出力される。 In the holding circuit 22 n, when the hold control signal Hold switches from high level to low level, the input switch SW 31 switches from a closed state to an open state, the voltage value hold that is input to the input terminal at that time It is held in use capacitive element C 3. When the n-th column selection control signal Hsel (n) is at high level, closes the output switch SW 32, the voltage value held in the hold capacitor element C 3 is to the voltage output wiring L out Is output.
制御部30は、画素Pm,nの受光強度に応じた電圧値を出力するに際して以下のような制御を行う。制御部30は、リセット制御信号Resetにより積分回路21nのリセット用スイッチSW2を閉じるよう指示することで、積分回路21nの積分用容量素子C2を放電させる。制御部30は、その放電後に、リセット制御信号Resetにより積分回路21nのリセット用スイッチSW2を開くよう指示することで、積分回路21nの積分用容量素子C2を電荷蓄積可能な状態とした後、第m行選択制御信号Vsel(m)により画素Pm,nの読出用スイッチSW1を所定期間に亘り閉じるよう指示することで、画素Pm,nのフォトダイオードPDの接合容量部に蓄積されていた電荷を積分回路21nに入力させる。
The
制御部30は、その所定期間に、ホールド制御信号Holdによりホールド回路22nの入力用スイッチSW31を閉状態から開状態に転じるよう指示することで、積分回路21nから出力された電圧値をホールド回路22nのホールド用容量素子C3にホールドさせる。そして、制御部30は、その所定期間の後に、列選択制御信号Hsel(n)によりホールド回路22nの出力用スイッチSW32を一定期間だけ閉じるよう指示することで、ホールド回路22nのホールド用容量素子C3にホールドされていた電圧値を電圧出力用配線Loutへ出力させる。
更に、制御部30は、ホールド回路22nから電圧出力用配線Loutへ出力された電圧値をAD変換部23によりAD変換させ、AD変換部23から出力されたデジタル値を記憶部24により記憶させる。そして、制御部30は、記憶部24からのデジタル値出力動作を制御する。
Further, the
図3は、固体撮像装置1の受光部10における単位領域およびビニング領域を説明する図である。固体撮像装置1は、制御部30による制御により、個々の画素Pm,nの入射光強度に応じたデジタル値を出力することができる他、各単位領域に含まれる画素の入射光強度の和に応じたデジタル値を出力することができ、また、各ビニング領域に含まれる画素の入射光強度の和に応じたデジタル値を出力することができる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a unit area and a binning area in the
単位領域は、受光部10においてM行N列に2次元配列されたMN個の画素P1,1〜PM,Nを各々Q行R列の画素からなる領域に区分したものである。各単位領域は、QR個の画素を含む。ビニング領域は、これらの(M/Q)行(N/R)列に2次元配列された単位領域を各々K行1列の単位領域からなる領域に区分したものである。各ビニング領域は、K個の単位領域を含み、KQR個の画素を含む。ここで、Q,R,Kは1以上の整数である。同図は、Q=R=K=2 の場合を示している。なお、本実施形態の固体撮像装置は、Kが2以上である場合に特徴を有する。
The unit area is obtained by dividing MN pixels P 1,1 to PM , N two-dimensionally arranged in M rows and N columns in the
MはKQの整数倍であるのが好適であり、NはRの整数倍であるのが好適である。しかし、MがKQの整数倍でなくても、或いは、NがRの整数倍でなくても、上記のように単位領域およびビニング領域を設定すればよく、何れのビニング領域にも含まれることなく残った画素については、該画素の出力値を出力部20のデジタル値出力に用いないようにすればよい。
M is preferably an integer multiple of KQ, and N is preferably an integer multiple of R. However, even if M is not an integral multiple of KQ or N is not an integral multiple of R, the unit area and the binning area may be set as described above, and are included in any of the binning areas. For the remaining pixels, the output value of the pixel may not be used for the digital value output of the
制御部30は、受光部10において(M/KQ)行(N/R)列に2次元配列されたビニング領域について順次に行毎に、該行にあるビニング領域に含まれる画素の読出用スイッチSW1を閉じさせて、これらの画素のフォトダイオードPDで発生した電荷を出力部20に入力させ、各ビニング領域に含まれるKQR個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を列順にK回繰り返して出力部20から出力させる。なお、各行にあるビニング領域に含まれる画素の読出用スイッチSW1が閉じる期間は、完全に一致していてもよいし、一部のみが重なっていてもよいし、全く重なっていなくてもよい。
The
Q=R=K=1の場合は、ビニング領域と単位領域とは互いに一致しており、各単位領域には1個の画素が含まれ、出力部20は、個々の画素Pm,nから出力された電荷の量に応じたデジタル値を出力する。K=1 の場合は、ビニング領域と単位領域とは互いに一致しており、出力部20は、各単位領域に含まれるQR個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を1回だけ出力する。K≧2の場合は、各ビニング領域にはK個の単位領域が含まれ、出力部20は、各ビニング領域に含まれるKQR個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値をK回繰り返して出力する。
When Q = R = K = 1, the binning area and the unit area match each other, each unit area includes one pixel, and the
出力部20は、各ビニング領域に含まれるKQR個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を記憶する記憶部24を含む。また、制御部30は、その記憶部24に記憶されたデジタル値を列順にK回繰り返して記憶部から読み出して出力させる。記憶部24として任意のメモリを用いることができる。記憶部24としてFIFO(First In First Out)メモリを用いてもよい。
The
次に、図4〜図9を用いて、固体撮像装置1の出力部20の構成例および動作例について説明する。ここでは、図1に示された受光部10および出力部20を1ブロックとして、複数のブロック1〜Bが並列配置されているものとする。積分回路およびホールド回路を併せて信号読出部とし、記憶部としてFIFOメモリを用いる。また、Q=R=1とする。
Next, a configuration example and an operation example of the
図4は、固体撮像装置1の出力部20の第1構成例を示す図である。図5は、固体撮像装置1の出力部20の第1構成例の場合の動作例を説明するフローチャートである。図6は、固体撮像装置1の出力部20の第1構成例の場合の動作例を説明するタイミングチャートである。
FIG. 4 is a diagram illustrating a first configuration example of the
図4に示される第1構成例では、出力部20は、各ビニング領域に含まれるK個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を列順に記憶するK個のFIFOメモリを記憶部として含む。K個のFIFOメモリは、並列的に設けられており、共通の入力端および共通の出力端を有する。制御部30は、これらK個のFIFOメモリから順次にデジタル値を出力させることで、各ビニング領域に含まれるK個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を列順にK回繰り返して出力させる。
In the first configuration example illustrated in FIG. 4, the
図5に示されるフローチャートおよび図6に示されるタイミングチャートのとおり、リセット制御信号Resetがローレベルである期間中に、K個の第1行選択制御信号Vsel(1)〜第K行選択制御信号Vsel(K)が同期間にハイレベルとされ、続いてホールド制御信号Holdがハイレベルからローレベルに転じることで、各ビニング領域に含まれるK個の画素P1,n〜PK,nそれぞれから出力された電荷の量に応じた電圧値が積分回路21nから出力されホールド回路22nによりホールドされる。ホールド回路221〜22Nによりホールドされた電圧値は列順にAD変換部23に入力されてAD変換される。AD変換部23から列順に出力されたデジタル値は、K個のFIFOメモリに同時に書き込まれる。以上までの動作はブロック1〜Bにおいて並列的に行われる。
As shown in the flow chart shown in FIG. 5 and the timing chart shown in FIG. 6, during the period when the reset control signal Reset is at the low level, the K first row selection control signals Vsel (1) to the Kth row selection control signal Vsel (K) is set to the high level during the same period, followed by a hold control signal hold that switches from high level to low level, K pixels P 1 included in each binning area, n to P K, n respectively voltage value corresponding to the amount of charges output is held by the output holding circuit 22 n from the integrating circuit 21 n from. Voltage values held by the
そして、ブロック1〜Bの順に第1のFIFOメモリから列順にデジタル値を読み出す。すなわち、ブロック1の第1のFIFOメモリから列順にデジタル値を読み出し、続いてブロック2の第1のFIFOメモリから列順にデジタル値を読み出し、以降のブロックについても同様に読み出していって、最後にブロックBの第1のFIFOメモリから列順にデジタル値を読み出す。続いてブロック1〜Bの順に第2のFIFOメモリから列順にデジタル値を読み出す。同様にしていって最後にブロック1〜Bの順に第KのFIFOメモリから列順にデジタル値を読み出す。
Then, digital values are read from the first FIFO memory in column order in the order of
このようにして第1行のビニング領域の読み出し(第1行〜第K行の画素の読み出し)が終了すると、同様にして第2行のビニング領域の読み出し(第(K+1)行〜第(2K)行の画素の読み出し)を行い、最後に第(M/K)行のビニング領域の読み出し(第(M−K+1)行〜第M行の画素の読み出し)を行う。このようにすることで、各ビニング領域に含まれるK個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値をK回繰り返して出力することができ、1フレーム分の画像データを得ることができる。 When the reading of the binning area of the first row (reading of the pixels of the first row to the Kth row) is completed in this way, similarly, the reading of the binning area of the second row (the (K + 1) th row to the (2Kth) ) Row of pixels), and finally, the (M / K) -th row of binning areas (the (M-K + 1) -th to M-th rows of pixels). By doing so, a digital value corresponding to the sum of the amounts of charges output from the K pixels included in each binning area can be repeatedly output K times, and image data for one frame is obtained. be able to.
図7は、固体撮像装置1の出力部20の第2構成例を示す図である。図8は、固体撮像装置1の出力部20の第2構成例の場合の動作例を説明するフローチャートである。図9は、固体撮像装置1の出力部20の第2構成例の場合の動作例を説明するタイミングチャートである。
FIG. 7 is a diagram illustrating a second configuration example of the
図7に示される第2構成例では、出力部20は、各ビニング領域に含まれるK個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を列順に記憶する1個のFIFOメモリを記憶部として含む。このFIFOメモリの入力端とAD変換部の出力端との間にスイッチSWAが設けられ、このFIFOメモリの入力端と出力端との間にスイッチSWBが設けられている。制御部30は、このFIFOメモリからデジタル値を出力させるとともに該デジタル値をFIFOメモリに記憶させることで、各ビニング領域に含まれるK個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を列順にK回繰り返して出力させる。
In the second configuration example illustrated in FIG. 7, the
図8に示されるフローチャートおよび図9に示されるタイミングチャートのとおり、リセット制御信号Resetがローレベルである期間中に、K個の第1行選択制御信号Vsel(1)〜第K行選択制御信号Vsel(K)が同期間にハイレベルとされ、続いてホールド制御信号Holdがハイレベルからローレベルに転じることで、各ビニング領域に含まれるK個の画素P1,n〜PK,nそれぞれから出力された電荷の量に応じた電圧値が積分回路21nから出力されホールド回路22nによりホールドされる。ホールド回路221〜22Nによりホールドされた電圧値は列順にAD変換部23に入力されてAD変換される。AD変換部23から列順に出力されたデジタル値は、スイッチSWAを経てFIFOメモリに書き込まれる。以上までの動作はブロック1〜Bにおいて並列的に行われる。
As shown in the flow chart shown in FIG. 8 and the timing chart shown in FIG. 9, during the period when the reset control signal Reset is at the low level, the K first row selection control signals Vsel (1) to K-th row selection control signal Vsel (K) is set to the high level during the same period, followed by a hold control signal hold that switches from high level to low level, K pixels P 1 included in each binning area, n to P K, n respectively voltage value corresponding to the amount of charges output is held by the output holding circuit 22 n from the integrating circuit 21 n from. Voltage values held by the
そして、スイッチSWAを開き、スイッチSWBを閉じて、ブロック1〜Bの順に、FIFOメモリから列順にデジタル値を1回だけ読み出すとともに該デジタル値をFIFOメモリに再び書き込む。これをK回繰り返す。ただし、K回目は、読み出したデジタル値をFIFOメモリに再び書き込む必要はないので、スイッチSWBを開いておく。
Then, the switch SW A is opened, the switch SW B is closed, and the digital values are read out from the FIFO memory only once in the column order in the order of
このようにして第1行のビニング領域の読み出し(第1行〜第K行の画素の読み出し)が終了すると、同様にして第2行のビニング領域の読み出し(第(K+1)行〜第(2K)行の画素の読み出し)を行い、最後に第(M/K)行のビニング領域の読み出し(第(M−K+1)行〜第M行の画素の読み出し)を行う。このようにすることで、各ビニング領域に含まれるK個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値をK回繰り返して出力することができ、1フレーム分の画像データを得ることができる。 When the reading of the binning area of the first row (reading of the pixels of the first row to the Kth row) is completed in this way, similarly, the reading of the binning area of the second row (the (K + 1) th row to the (2Kth) ) Row of pixels), and finally, the (M / K) -th row of binning areas (the (M-K + 1) -th to M-th rows of pixels). By doing so, a digital value corresponding to the sum of the amounts of charges output from the K pixels included in each binning area can be repeatedly output K times, and image data for one frame is obtained. be able to.
次に、第2実施形態について説明する。図10は、第2実施形態の固体撮像装置2の構成を示す図である。固体撮像装置2は、受光部10,出力部20Aおよび制御部30を備える。第2実施形態における受光部10は、第1実施形態における受光部10と同様の構成を有する。第2実施形態における制御部30は、第1実施形態における制御部30と同様の構成を有する。ただし、同図では、制御部30の具体的構成が示されている。また、同図では、M行のうち第1行〜第4行について示されており、N列のうち第1列〜第4列について示されている。他の行または他の列についても同様である。
Next, a second embodiment will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the solid-
第1実施形態における出力部20の構成と比較すると、第2実施形態における出力部20Aは、ビニング切替用スイッチSWO,1,SWO,3,…を更に含む点で相違する。ビニング切替用スイッチSWO,1は、積分回路211および積分回路212の何れか一方の入力端に第1列読出用配線LO,1を選択的に接続する。ビニング時には、ビニング切替用スイッチSWO,1により積分回路212の入力端に第1列読出用配線LO,1が接続され、第1列読出用配線LO,1および第2列読出用配線LO,2の双方から電荷が積分回路212の入力端に入力される。また、ビニング時には、積分回路211および積分回路212のうち積分回路212のみが動作し、ホールド回路221およびホールド回路222のうちホールド回路222のみが動作する。他の列についても、奇数列目の第(n−1)列および偶数列目の第n列の組み合わせにおいて同様である。
Compared with the configuration of the
制御部30は、バッファ回路311,312,313,314,…、NORゲート回路321,322,323,324,…、および、ラッチ回路331,333,…を含む。ラッチ回路331,333,…は、直列的に接続されてシフトレジスタを構成しており、一定周期のclock信号のパルス立ち上がりエッジに同期してstart信号の値を後段に順次シフトしていく。ラッチ回路331の出力値は、後段のラッチ回路333およびNORゲート回路321,322それぞれに入力される。ラッチ回路333の出力値は、後段のラッチ回路335およびNORゲート回路323,324それぞれに入力される。
The
奇数行目の第(m−1)行については、NORゲート回路32m−1は、ラッチ回路33m−1の出力値とφ1信号値とを入力し、これら2つの入力値の論理和を反転した信号値を出力する。偶数行目の第m行については、NORゲート回路32mは、ラッチ回路33m−1の出力値とφ2信号値とを入力し、これら2つの入力値の論理和を反転した信号値を出力する。各バッファ回路31mは、NORゲート回路32mの出力値を第m行選択制御信号Vsel(m)として第m行選択用配線LV,mへ出力する。 For the odd-numbered (m-1) -th row, the NOR gate circuit 32 m-1 receives the output value of the latch circuit 33 m-1 and the φ1 signal value, and calculates the logical sum of these two input values. Outputs the inverted signal value. For the m-th row of the even-numbered row, the NOR gate circuit 32 m receives the output value of the latch circuit 33 m-1 and the φ2 signal value and outputs a signal value obtained by inverting the logical sum of these two input values. I do. Each buffer circuit 31 m outputs an output value of the NOR gate circuit 32 m m-th row selecting control signal Vsel (m) as the m row selecting wiring L V, to m.
図11は、固体撮像装置2の第1動作例を説明するタイミングチャートである。第1動作例は、Q=R=K=1 の場合のものである。第1動作例では、出力部20Aにおいて、ビニング切替用スイッチSWO,1,SWO,3,…により、第n列読出用配線LO,nが積分回路21nの入力端に1対1に接続される。
FIG. 11 is a timing chart illustrating a first operation example of the solid-
第1動作例では、M個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)は、順次に1つずつ一定期間だけハイレベルとされる。start信号がローレベルである期間に、clock信号のパルス立ち上がりエッジが1回だけ存在する。ラッチ回路331,333,…は、clock信号のパルス立ち上がりエッジに同期してStart信号のローレベルを後段にシフトしていく。ラッチ回路331,333,…は、clock信号の立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの期間に亘って各々の出力値を保持する。 In the first operation example, the M row selection control signals Vsel (1) to Vsel (M) are sequentially set to the high level one by one for a certain period. There is only one pulse rising edge of the clock signal during the period when the start signal is at the low level. The latch circuits 33 1 , 33 3 ,... Shift the low level of the Start signal to the subsequent stage in synchronization with the rising edge of the pulse of the clock signal. The latch circuits 33 1 , 33 3 ,... Hold the respective output values from the rising edge of the clock signal to the next rising edge.
ラッチ回路331の出力がローレベルである期間に、φ1信号が一定期間に亘りローレベルになると、NORゲート回路321の出力が一定期間に亘りハイレベルとなって、第1行選択制御信号Vsel(1)が一定期間に亘りハイレベルとなる。続いて、φ2信号が一定期間に亘りローレベルになると、NORゲート回路322の出力が一定期間に亘りハイレベルとなって、第2行選択制御信号Vsel(2)が一定期間に亘りハイレベルとなる。 During the output of the latch circuit 33 1 is at the low level, the φ1 signal is at a low level over a period of time, at a high level output of the NOR gate circuit 32 1 is over a certain period, the first row selecting control signal Vsel (1) becomes high level for a certain period. Subsequently, when the φ2 signal becomes low level over a period of time, at a high level output of the NOR gate circuit 32 2 is over a certain period, a high level second row selection control signal Vsel (2) is over a period of time Becomes
その後に、clock信号のパルスが1回立ち上がると、ラッチ回路333の出力がローレベルとなる。この期間に、φ1信号が一定期間に亘りローレベルになると、NORゲート回路323の出力が一定期間に亘りハイレベルとなって、第3行選択制御信号Vsel(3)が一定期間に亘りハイレベルとなる。続いて、φ2信号が一定期間に亘りローレベルになると、NORゲート回路324の出力が一定期間に亘りハイレベルとなって、第4行選択制御信号Vsel(4)が一定期間に亘りハイレベルとなる。以降の行についても同様である。 Thereafter, when the pulse of clock signal rises once the output of the latch circuit 33 3 becomes low level. During this period, the φ1 signal is at a low level over a period of time, at a high level output of the NOR gate circuit 32 3 is over a certain period, a high third row selection control signal Vsel (3) is over a period of time Level. Subsequently, when the φ2 signal becomes low level over a period of time, at a high level output of the NOR gate circuit 32 4 is over a certain period, a high level fourth row selection control signal Vsel (4) is over a period of time Becomes The same applies to the subsequent lines.
図12は、固体撮像装置2の第2動作例を説明するタイミングチャートである。第2動作例は、Q=R=2、K=1 の場合のものである。第2動作例では、出力部20Aにおいて、ビニング切替用スイッチSWO,1,SWO,3,…により、奇数列目の第(n−1)列読出用配線LO,n−1および偶数列目の第n列読出用配線LO,nの双方が、偶数列目の積分回路21nの入力端に接続される。
FIG. 12 is a timing chart illustrating a second operation example of the solid-
第2動作例では、M個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)は、順次に2つずつ一定期間だけハイレベルとされる。start信号がローレベルである期間に、clock信号のパルス立ち上がりエッジが1回だけ存在する。ラッチ回路331,333,…は、clock信号のパルス立ち上がりエッジに同期してStart信号のローレベルを後段にシフトしていく。ラッチ回路331,333,…は、clock信号の立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの期間に亘って各々の出力値を保持する。 In the second operation example, the M row selection control signals Vsel (1) to Vsel (M) are sequentially set to the high level two by two for a certain period. There is only one pulse rising edge of the clock signal during the period when the start signal is at the low level. The latch circuits 33 1 , 33 3 ,... Shift the low level of the Start signal to the subsequent stage in synchronization with the rising edge of the pulse of the clock signal. The latch circuits 33 1 , 33 3 ,... Hold the respective output values from the rising edge of the clock signal to the next rising edge.
ラッチ回路331の出力がローレベルである期間に、φ1信号およびφ2信号が同時に一定期間に亘りローレベルになる。これにより、NORゲート回路321,322の出力が同時に一定期間に亘りハイレベルとなって、第1行選択制御信号Vsel(1)および第2行選択制御信号Vsel(2)が同時に一定期間に亘りハイレベルとなる。 During the output of the latch circuit 33 1 is at the low level, .phi.1 signal and φ2 signal is at a low level at the same time over a period of time. Thus, the output of the NOR gate circuit 32 1, 32 2 is at a high level at the same time over a certain period, the first row selection control signals Vsel (1) and the second row selection control signal Vsel (2) at the same time a certain period To a high level.
その後に、clock信号のパルスが1回立ち上がると、ラッチ回路333の出力がローレベルとなる。この期間に、φ1信号およびφ2信号が同時に一定期間に亘りローレベルになる。これにより、NORゲート回路323,324の出力が同時に一定期間に亘りハイレベルとなって、第3行選択制御信号Vsel(3)および第4行選択制御信号Vsel(4)が同時に一定期間に亘りハイレベルとなる。以降の行についても同様である。 Thereafter, when the pulse of clock signal rises once the output of the latch circuit 33 3 becomes low level. During this period, the φ1 signal and the φ2 signal go low at the same time for a certain period. Thus, the output of the NOR gate circuit 32 3, 32 4 at a high level at the same time over a certain period, the third row selection control signal Vsel (3) and the fourth row selection control signal Vsel (4) at the same time a certain period To a high level. The same applies to the subsequent lines.
2つの行選択制御信号Vsel(1),Vsel(2)がハイレベルからローレベルに転じる時刻から、2つの行選択制御信号Vsel(3),Vsel(4)がローレベルからハイレベルに転じる時刻までの期間において、ホールド回路以降の処理が行われる。 From the time when the two row selection control signals Vsel (1) and Vsel (2) change from the high level to the low level, the time when the two row selection control signals Vsel (3) and Vsel (4) change from the low level to the high level During the period up to, processing after the hold circuit is performed.
第2動作例では、出力部20Aは、各ビニング領域に含まれるKQR(=4)個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値をK(=1)回だけ出力する。
In the second operation example, the
図13は、固体撮像装置2の第3動作例を説明するタイミングチャートである。第3動作例は、Q=R=K=2 の場合のものである。第3動作例では、出力部20Aにおいて、ビニング切替用スイッチSWO,1,SWO,3,…により、奇数列目の第(n−1)列読出用配線LO,n−1および偶数列目の第n列読出用配線LO,nの双方が、偶数列目の積分回路21nの入力端に接続される。
FIG. 13 is a timing chart illustrating a third operation example of the solid-
第3動作例では、M個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)は、順次に4つずつ一定期間だけハイレベルとされる。start信号がローレベルである期間に、clock信号のパルス立ち上がりエッジが2回存在する。ラッチ回路331,333,…は、clock信号のパルス立ち上がりエッジに同期してStart信号のローレベルを後段にシフトしていく。ラッチ回路331,333,…は、clock信号の立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの期間に亘って各々の出力値を保持する。 In the third operation example, the M row selection control signals Vsel (1) to Vsel (M) are sequentially set to the high level four by four for a certain period. There are two pulse rising edges of the clock signal during the period when the start signal is at the low level. The latch circuits 33 1 , 33 3 ,... Shift the low level of the Start signal to the subsequent stage in synchronization with the rising edge of the pulse of the clock signal. The latch circuits 33 1 , 33 3 ,... Hold the respective output values from the rising edge of the clock signal to the next rising edge.
ラッチ回路331,333の出力がローレベルである期間に、φ1信号およびφ2信号が同時に一定期間に亘りローレベルになる。これにより、NORゲート回路321〜324の出力が同時に一定期間に亘りハイレベルとなって、4つの行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(4)が同時に一定期間に亘りハイレベルとなる。 During the output of the latch circuit 33 1, 33 3 is at the low level, .phi.1 signal and φ2 signal is at a low level at the same time over a period of time. Thus, the output of the NOR gate circuit 32 1-32 4 becomes the high level at the same time over a certain period, the four row selection control signal Vsel (1) ~Vsel (4) is at a high level at the same time over a period of time .
その後に、clock信号のパルスが2回立ち上がると、ラッチ回路335,337の出力がローレベルとなる。この期間に、φ1信号およびφ2信号が同時に一定期間に亘りローレベルになる。これにより、NORゲート回路325〜328の出力が同時に一定期間に亘りハイレベルとなって、4つの行選択制御信号Vsel(5)〜Vsel(8)が同時に一定期間に亘りハイレベルとなる。以降の行についても同様である。 Thereafter, when the pulse of clock signal rises twice, the output of the latch circuit 33 5, 33 7 becomes the low level. During this period, the φ1 signal and the φ2 signal go low at the same time for a certain period. Thus, the output of the NOR gate circuit 32 5-32 8 becomes the high level at the same time over a certain period, the four row selection control signal Vsel (5) ~Vsel (8) is at a high level at the same time over a period of time . The same applies to the subsequent lines.
4つの行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(4)がハイレベルからローレベルに転じる時刻から、4つの行選択制御信号Vsel(5)〜Vsel(8)がローレベルからハイレベルに転じる時刻までの期間において、ホールド回路以降の処理が行われる。 From the time when the four row selection control signals Vsel (1) to Vsel (4) change from high level to low level, the time when the four row selection control signals Vsel (5) to Vsel (8) change from low level to high level During the period up to, processing after the hold circuit is performed.
第3動作例では、出力部20Aは、各ビニング領域に含まれるKQR(=8)個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値をK(=2)回繰り返して出力する。
In the third operation example, the
次に、上記実施形態の固体撮像装置を備えるX線撮像システムの実施形態について説明する。図14は、本実施形態のX線撮像システム100の構成を示す図である。本実施形態のX線撮像システム100は、固体撮像装置とX線発生装置とを備え、X線発生装置から出力されて撮像対象物を透過したX線を固体撮像装置により撮像し、該撮像対象物の検査に用いることができる。
Next, an embodiment of an X-ray imaging system including the solid-state imaging device of the above embodiment will be described. FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of the
同図に示されるX線撮像システム100では、X線発生装置106は被写体(撮像対象物)に向けてX線を発生する。X線発生装置106から発生したX線の照射野は、1次スリット板106bによって制御される。X線発生装置106は、X線管を内蔵し、そのX線管の管電圧,管電流および通電時間などの条件が調整されることによって、被写体へのX線照射量が制御される。X線撮像器107は、2次元配列された複数の画素を有するCMOSの固体撮像装置を内蔵し、被写体を通過したX線像を撮像する。X線撮像器107の前方には、X線入射領域を制限する2次スリット板107aが設けられる。
In the
旋回アーム104は、X線発生装置106およびX線撮像器107を対向させるようにホールドして、これらをパノラマ断層撮影の際に被写体の周りに旋回させる。また、リニア断層撮影の際にはX線撮像器107を被写体に対して直線変位させるためのスライド機構113が設けられる。旋回アーム104は、回転テーブルを構成するアームモータ110によって駆動され、その回転角度が角度センサ112によって検出される。また、アームモータ110は、XYテーブル114の可動部に搭載され、回転中心が水平面内で任意に調整される。
The turning
X線撮像器107から出力される画像信号は、CPU(中央処理装置)121にいったん取り込まれた後、フレームメモリ122に格納される。フレームメモリ122に格納された画像データから、所定の演算処理によって任意の断層面に沿った断層画像が再生される。再生された断層画像は、ビデオメモリ124に出力され、DA変換器125によってアナログ信号に変換された後、CRT(陰極線管)などの画像表示部126によって表示され、各種診断に供される。
An image signal output from the X-ray
CPU121には、信号処理に必要なワークメモリ123が接続され、さらにパネルスイッチやX線照射スイッチ等を備えた操作パネル119が接続されている。また、CPU121は、アームモータ110を駆動するモータ駆動回路111、1次スリット板106bおよび2次スリット板107aの開口範囲を制御するスリット制御回路115,116、X線発生装置106を制御するX線制御回路118にそれぞれ接続され、さらに、X線撮像器107を駆動するための信号を出力する。
A
X線制御回路118は、X線撮像器107により撮像された信号に基づいて、被写体へのX線照射量を帰還制御することが可能である。
The
以上のように構成されるX線撮像システム100において、X線撮像器107として本実施形態の固体撮像装置1または2が用いられる。また、このX線撮像システム100において、本実施形態の固体撮像装置は、撮像期間中において受光部における列方向(図1,図3,図4,図7,図10で縦方向)、すなわち、K≧2である場合に各ビニング領域においてK個の単位領域が配列されている方向に移動する。移動方向に単位領域をビニング処理することで、再構成処理により得られる画像の品質の低下を小さくすることができる。
In the
このようにすることで、本実施形態では、固体撮像装置から移動方向(列方向)に長い各ビニング領域における入射光量に応じた出力値を得ることができ、S/N比の向上を図ることができる。また、本実施形態では、ビニング領域の形状や大きさを画素の単位で柔軟に設定することができる。特に、固体撮像装置の移動速度に応じて、ビニング領域の列方向の長さを適切に設定することができる。 By doing so, in the present embodiment, it is possible to obtain an output value corresponding to the amount of incident light in each binning region long in the moving direction (column direction) from the solid-state imaging device, and to improve the S / N ratio. Can be. In the present embodiment, the shape and size of the binning area can be set flexibly in units of pixels. In particular, the length of the binning area in the column direction can be appropriately set according to the moving speed of the solid-state imaging device.
固体撮像装置の移動速度がvであり、フレームレートがfであるとすると、1フレーム撮像期間中の固体撮像装置の移動距離は v/fとなる。また、画素ピッチがdであるとすると、各ビニング領域の列方向の長さは KQd となる。1フレーム撮像期間中の移動距離v/fが各ビニング領域の列方向の長さKQdより長ければ、すなわち、v/f>KQdであれば、再構成処理により得られる画像の品質の低下は小さい。このような条件を満たすようにK値およびQ値を設定するのが好適である。 Assuming that the moving speed of the solid-state imaging device is v and the frame rate is f, the moving distance of the solid-state imaging device during one frame imaging period is v / f. If the pixel pitch is d, the length of each binning area in the column direction is KQd. If the moving distance v / f during the one-frame imaging period is longer than the column direction length KQd of each binning area, that is, if v / f> KQd, the reduction in the quality of the image obtained by the reconstruction processing is small. . It is preferable to set the K value and the Q value so as to satisfy such a condition.
本実施形態では、受光部における各ビニング領域がK個の単位領域を含む場合、出力部は、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を列順にK回繰り返して出力する。すなわち、K値に拘らず、1フレーム当りの出力信号のデータ数は、受光部における単位領域の個数(MN/QR)に等しい。したがって、K≧2 としてビニングを行った場合であっても、出力信号の処理をK値に応じて変更する必要はなく、出力信号の取り扱いが容易である。また、本実施形態では、K≧2としてビニングを行った場合であっても、フレームレートをK値によらず一定とすることができる。なお、K=1 の場合と比べて、K≧2 の場合に、フレームレートを速くすることも可能である。 In this embodiment, when each binning region in the light receiving unit includes K unit regions, the output unit outputs a digital value corresponding to the sum of the amounts of charges output from the pixels included in each binning region in the column order. Output repeatedly. That is, regardless of the K value, the number of data of the output signal per frame is equal to the number of unit areas (MN / QR) in the light receiving section. Therefore, even when binning is performed with K ≧ 2, it is not necessary to change the processing of the output signal according to the K value, and the handling of the output signal is easy. Further, in the present embodiment, even when binning is performed with K ≧ 2, the frame rate can be kept constant regardless of the K value. Note that, when K ≧ 2, the frame rate can be increased as compared with the case where K = 1.
本実施形態の固体撮像装置は、K≧2 としてビニングを行った場合であっても、出力信号の処理をK値に応じて変更する必要はないことから、既存のX線撮像システムに容易に適用することができる。本実施形態の固体撮像装置を既存のX線撮像システムに適用する場合、該システムの変更をする必要はなく(或いは、固体撮像装置の周辺部分の一部を改良するのみで)、固体撮像装置の出力信号に基づく再構成処理等を一切変更することなく、S/N比を向上させることができる。 The solid-state imaging device according to the present embodiment does not need to change the processing of the output signal according to the K value even when binning is performed with K ≧ 2. Can be applied. When the solid-state imaging device according to the present embodiment is applied to an existing X-ray imaging system, there is no need to change the system (or only by improving a part of the periphery of the solid-state imaging device), The S / N ratio can be improved without any change in the reconstruction processing based on the output signal.
本実施形態では、出力部は、アナログ値ではなくデジタル値をK回繰り返して出力する。これにより、固体撮像装置の低消費電力化を実現することができる。 In the present embodiment, the output unit repeatedly outputs a digital value, not an analog value, K times. Thereby, low power consumption of the solid-state imaging device can be realized.
また、本実施形態では、AD変換部23より後段の記憶部24がデジタル値をK回繰り返して出力するので、AD変換部23より前段の各積分回路21nおよび各ホールド回路22nの処理には時間的余裕が生じる。したがって、各ホールド回路22nの入力用スイッチSW31を開状態とする期間(すなわち、ホールド制御信号Holdがハイレベルである期間)を通常より長くすることができ、また、積分回路21nの出力端とホールド回路22nの入力端との間にローパスフィルタを挿入してノイズを低減することもできる。なお、ローパスフィルタを挿入すると時定数が大きくなりホールド回路22nへの転送が遅くなってしまうが、時間的余裕があるので問題はない。
Further, in the present embodiment, since the
さらに時間的余裕を生じさせる方法として、FIFOからの読出しを行っている期間にAD変換部より前段の処理(画素からの読出し、各積分回路および各ホールド回路の処理)を行うことも可能である。この場合、画素からの読出し、各ホールド回路のサンプルホールド等に十分な時間を確保するとともに、フレームレートを速くすることも可能である。 As a method of further generating a time margin, it is also possible to perform processing (reading from a pixel, processing of each integration circuit and each hold circuit) in a stage preceding the AD conversion unit during a period in which reading from the FIFO is being performed. . In this case, it is possible to secure a sufficient time for reading from the pixels, sample and hold of each hold circuit, and the like, and to increase the frame rate.
上記実施形態では、各画素のフォトダイオードのアノード端子が接地され、フォトダイオードのカソード端子が読出用スイッチを介して読出用配線と接続されているとしたが、これとは逆に、フォトダイオードのカソード端子が接地され、フォトダイオードのアノード端子が読出用スイッチを介して読出用配線と接続されていてもよい。上記実施形態では、各スイッチの開閉動作を制御する制御信号がハイレベルであるときに該スイッチが閉じるとしたが、これとは逆に、制御信号がローレベルであるときにスイッチが閉じるようにしてもよい。 In the above embodiment, the anode terminal of the photodiode of each pixel is grounded, and the cathode terminal of the photodiode is connected to the readout wiring via the readout switch. The cathode terminal may be grounded, and the anode terminal of the photodiode may be connected to the read wiring via the read switch. In the above embodiment, the switch is closed when the control signal for controlling the opening / closing operation of each switch is at the high level. Conversely, the switch is closed when the control signal is at the low level. You may.
上記実施形態では、積分回路より前段に設けたビニング切替用スイッチにより列方向のビニングを行うものであったが、これに限られない。AD変換部の前段にアンプを設け、複数のホールド回路の出力用スイッチSW32を同時に閉状態として、これら複数のホールド回路によりホールドされていた電圧値をアンプに入力させることで、列方向のビニングを行ってもよい。また、AD変換部から出力される複数の列のデジタル値を加算することで列方向のビニングを行ってもよい。なお、各ビニング領域に含まれるKQR個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値は、その電荷量の和をKQRで割って得られる1画素当りの平均電荷量に応じたデジタル値としてもよい。何れにしても、該デジタル値は、電荷量の和に比例した値となる。 In the above embodiment, the binning in the column direction is performed by the binning changeover switch provided in the stage preceding the integration circuit, but the invention is not limited to this. An amplifier provided before the AD conversion unit, as simultaneously closed output switch SW 32 of the plurality of hold circuits, a voltage value which has been held by the plurality of hold circuits by inputting to the amplifier, the column direction binning May be performed. Further, binning in the column direction may be performed by adding digital values of a plurality of columns output from the AD conversion unit. Note that the digital value corresponding to the sum of the amounts of charge output from the KQR pixels included in each binning region is based on the average charge amount per pixel obtained by dividing the sum of the charge amounts by KQR. It may be a digital value. In any case, the digital value is a value proportional to the sum of the charge amounts.
上記実施形態では、MがKQの整数倍でない場合、または、NがRの整数倍でない場合に、何れのビニング領域にも含まれることなく残った画素については、該画素の出力値を出力部20のデジタル値出力に用いないとしたが、これに限られない。各々KQR個の画素からなる何れのビニング領域にも含まれることなく残った画素について、Q行毎に又はR列毎に区切ってKQR未満のL個の画素からなるビニング領域(以下「ダミービニング領域」という。)に区分してもよい。この場合、各ダミービニング領域に含まれるL個の画素から出力された電荷の量の和に応じてAD変換部から出力されたデジタル値を(KQR/L)倍したデジタル値を、K回繰り返して出力部20から出力させればよい。
In the above embodiment, when M is not an integral multiple of KQ, or when N is not an integral multiple of R, for the remaining pixels not included in any binning area, the output value of the pixel is output to the output unit. Although it is not used for the output of the digital value of 20, it is not limited to this. Pixels remaining without being included in any of the binning regions each including KQR pixels are divided into Q rows or R columns, and binning regions including L pixels smaller than KQR (hereinafter, “dummy binning regions”). ").) In this case, a digital value obtained by multiplying the digital value output from the AD converter by (KQR / L) according to the sum of the amounts of charges output from the L pixels included in each dummy binning region is repeated K times. Output from the
上記実施形態では、出力部からデジタル値を列順に出力させるとしたが、これに限られない。出力部からデジタル値を順次に列毎に出力させればよい。例えば、出力部から奇数列目のデジタル値を列順に出力させた後に偶数列目のデジタル値を列順に出力させてもよい。 In the above embodiment, the output unit outputs the digital values in column order, but the present invention is not limited to this. The digital values may be sequentially output from the output unit for each column. For example, the output unit may output the digital values of the odd-numbered columns in the column order, and then output the digital values of the even-numbered columns in the column order.
本発明は以下のような態様としてもよい。
本発明の固体撮像装置は、(1) 入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、このフォトダイオードと接続された読出用スイッチと、を各々含むMN個の画素P1,1〜PM,NがM行N列に2次元配列された受光部と、(2) 受光部における第m行のN個の画素Pm,1〜Pm,Nそれぞれの読出用スイッチに対し開閉動作を指示する第m行選択制御信号を与える行選択用配線LV,mと、(3) 受光部における第n列のM個の画素P1,n〜PM,nそれぞれの読出用スイッチと接続され、M個の画素P1,n〜PM,nのうちの何れかの画素のフォトダイオードで発生した電荷を、該画素の読出用スイッチを介して読み出す読出用配線LO,nと、(4) 読出用配線LO,1〜LO,Nそれぞれと接続され、読出用配線LO,nを経て入力された電荷の量に基づいて生成されたデジタル値を出力する出力部と、(5) 行選択用配線LV,1〜LV,Mを介して受光部におけるMN個の画素P1,1〜PM,Nそれぞれの読出用スイッチの開閉動作を制御するとともに、出力部におけるデジタル値出力動作を制御する制御部と、を備える。
The present invention may have the following aspects.
The solid-state imaging device of the present invention, (1) a photodiode for generating electric charge of an amount according to incident light intensity, MN pixels P 1,1 include a readout switch connected with the photodiode, respectively PPM , N are two-dimensionally arranged in M rows and N columns, and (2) a readout switch for each of the N pixels P m, 1 to P m, N in the m th row in the light receiving section. A row selection wiring LV , m for giving an m-th row selection control signal for instructing an opening / closing operation ; and (3) a readout for each of the M pixels P1 , n to PM , n in the nth column in the light receiving section. The read wiring L O, connected to the switch, reads out the charge generated in the photodiode of any one of the M pixels P 1, n to P M, n through the read switch of the pixel . and n, (4)
さらに、制御部が、受光部においてM行N列に2次元配列された画素P1,1〜PM,Nを各々Q行R列の画素からなる単位領域に区分し、これらの(M/Q)行(N/R)列に2次元配列された単位領域を各々K行1列の単位領域からなるビニング領域に区分して、受光部において(M/KQ)行(N/R)列に2次元配列されたビニング領域について順次に行毎に、該行にあるビニング領域に含まれる画素の読出用スイッチを閉じさせて、これらの画素のフォトダイオードで発生した電荷を出力部に入力させ、各ビニング領域に含まれるKQR個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を順次に列毎にK回繰り返して出力部から出力させる。ただし、M,Nは2以上の整数であり、mは1以上M以下の整数であり、nは1以上N以下の整数であり、Q,Rは1以上の整数であり、Kは2以上の整数である。 Further, the control unit divides the pixels P 1,1 to P M, N two-dimensionally arranged in M rows and N columns in the light receiving unit into unit regions each including pixels in Q rows and R columns, and these (M / Q) The unit areas two-dimensionally arranged in rows (N / R) are divided into binning areas each having a unit area of K rows and 1 column, and (M / KQ) rows (N / R) in the light receiving unit. In the binning areas arranged two-dimensionally, the readout switches of the pixels included in the binning area in the row are closed one by one, and the charges generated by the photodiodes of these pixels are input to the output unit. , A digital value corresponding to the sum of the amounts of charges output from the KQR pixels included in each binning area is sequentially and repeatedly repeated K times for each column, and output from the output unit. However, M and N are integers of 2 or more, m is an integer of 1 or more and M or less, n is an integer of 1 or more and N or less, Q and R are integers of 1 or more, and K is 2 or more. Is an integer.
本発明の固体撮像装置において、出力部が、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を記憶する記憶部を含み、制御部が、記憶部に記憶されたデジタル値を順次に列毎にK回繰り返して記憶部から読み出して出力させるが好適である。この場合、出力部が、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を順次に列毎に記憶するK個のFIFOメモリを記憶部として含み、制御部が、これらK個のFIFOメモリから順次にデジタル値を出力させることで、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を順次に列毎にK回繰り返して出力させるが好適である。或いは、出力部が、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を順次に列毎に記憶するFIFOメモリを記憶部として含み、制御部が、FIFOメモリからデジタル値を出力させるとともに該デジタル値をFIFOメモリに記憶させることで、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を順次に列毎にK回繰り返して出力させるが好適である。 In the solid-state imaging device of the present invention, the output unit includes a storage unit that stores a digital value corresponding to the sum of the amounts of charges output from the pixels included in each binning region, and the control unit is stored in the storage unit. It is preferable that the read digital values are sequentially read out from the storage unit repeatedly K times for each column and output. In this case, the output unit includes, as a storage unit, K FIFO memories that sequentially store digital values corresponding to the sum of the amounts of charges output from the pixels included in each binning region for each column, and the control unit includes By sequentially outputting digital values from these K FIFO memories, a digital value corresponding to the sum of the amounts of electric charges output from the pixels included in each binning area is output repeatedly K times for each column. Is preferred. Alternatively, the output unit includes, as a storage unit, a FIFO memory that sequentially stores, for each column, a digital value corresponding to the sum of the amounts of charges output from the pixels included in each binning area, and the control unit performs control from the FIFO memory. By outputting the digital value and storing the digital value in the FIFO memory, the digital value corresponding to the sum of the electric charges output from the pixels included in each binning area is repeatedly output K times for each column. Is preferred.
本発明の固体撮像装置は、読出用配線LO,nにより互いに接続された受光部および出力部を各々含む複数のブロックを備え、各ブロックの受光部が行方向に並列配置されているのが好適である。 The solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of blocks each including a light receiving unit and an output unit connected to each other by a read wiring LO , n, and the light receiving units of each block are arranged in parallel in the row direction. It is suitable.
本発明のX線撮像システムは、上記の本発明の固体撮像装置とX線発生装置とを備え、X線発生装置から出力されて撮像対象物を透過したX線を固体撮像装置により撮像する。固体撮像装置が撮像期間中に受光部における列方向に移動するのが好適である。 An X-ray imaging system according to the present invention includes the above-described solid-state imaging device according to the present invention and an X-ray generation device, and captures X-rays output from the X-ray generation device and transmitted through an imaging target using the solid-state imaging device. It is preferable that the solid-state imaging device moves in the column direction in the light receiving unit during the imaging period.
本発明の固体撮像装置駆動方法は、上記のような受光部,行選択用配線LV,m,読出用配線LO,nおよび出力部を備える固体撮像装置を駆動する方法であって、受光部においてM行N列に2次元配列された画素P1,1〜PM,Nを各々Q行R列の画素からなる単位領域に区分し、これらの(M/Q)行(N/R)列に2次元配列された単位領域を各々K行1列の単位領域からなるビニング領域に区分して、受光部において(M/KQ)行(N/R)列に2次元配列されたビニング領域について順次に行毎に、該行にあるビニング領域に含まれる画素の読出用スイッチを閉じさせて、これらの画素のフォトダイオードで発生した電荷を出力部に入力させ、各ビニング領域に含まれるKQR個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を順次に列毎にK回繰り返して出力部から出力させる。ただし、M,Nは2以上の整数であり、mは1以上M以下の整数であり、nは1以上N以下の整数であり、Q,Rは1以上の整数であり、Kは2以上の整数である。 A method for driving a solid-state imaging device according to the present invention is a method for driving a solid-state imaging device including the above-described light receiving section, row selection wiring LV , m , readout wiring LO , n, and an output section. In the section, the pixels P 1,1 to PM , N two-dimensionally arranged in M rows and N columns are divided into unit areas each consisting of pixels in Q rows and R columns, and these are divided into (M / Q) rows (N / R). ), The unit areas two-dimensionally arranged in columns are divided into binning areas each consisting of a unit area of K rows and one column, and binning two-dimensionally arranged in (M / KQ) rows (N / R) columns in the light receiving unit. The readout switches of the pixels included in the binning area in the row are sequentially closed for each row in the area, and the charges generated by the photodiodes of these pixels are input to the output unit, and the pixels are included in each binning area. The digital values corresponding to the sum of the amounts of charges output from the KQR pixels are sequentially Repeat K times for each column to be output from the output unit to. However, M and N are integers of 2 or more, m is an integer of 1 or more and M or less, n is an integer of 1 or more and N or less, Q and R are integers of 1 or more, and K is 2 or more. Is an integer.
本発明の固体撮像装置駆動方法において、出力部において、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を記憶する記憶部を用い、記憶部に記憶されたデジタル値を順次に列毎にK回繰り返して記憶部から読み出して出力させるのが好適である。この場合、出力部において、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を順次に列毎に記憶するK個のFIFOメモリを記憶部として用い、これらK個のFIFOメモリから順次にデジタル値を出力させることで、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を順次に列毎にK回繰り返して出力させるのが好適である。或いは、出力部において、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を順次に列毎に記憶するFIFOメモリを記憶部として用い、FIFOメモリからデジタル値を出力させるとともに該デジタル値をFIFOメモリに記憶させることで、各ビニング領域に含まれる画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を順次に列毎にK回繰り返して出力させるのが好適である。 In the solid-state imaging device driving method according to the present invention, the output unit uses a storage unit that stores a digital value corresponding to the sum of the amounts of charges output from the pixels included in each binning region, and stores the digital value stored in the storage unit. It is preferable that the value is sequentially read out from the storage unit repeatedly K times for each column and output. In this case, in the output unit, K FIFO memories that sequentially store digital values corresponding to the sum of the amounts of charges output from the pixels included in each binning area for each column are used as storage units. It is preferable that the digital value is sequentially output from the FIFO memory in order to repeatedly output the digital value corresponding to the sum of the amounts of the electric charges output from the pixels included in each binning region K times for each column. It is. Alternatively, the output unit uses a FIFO memory that sequentially stores digital values according to the sum of the amounts of charges output from the pixels included in each binning area for each column as a storage unit, and outputs the digital values from the FIFO memory. By storing the digital value in the FIFO memory and storing the digital value in the FIFO memory, it is preferable that the digital value corresponding to the sum of the electric charges output from the pixels included in each binning area is sequentially and repeatedly output K times for each column. It is.
1,2…固体撮像装置、10…受光部、20,20A…出力部、211〜21N…積分回路、221〜22N…ホールド回路、23…AD変換部、24…記憶部、30,30A…制御部、311〜31M…バッファ回路、321〜32M…NORゲート回路、331,333…ラッチ回路。 1, 2 ... solid-state imaging device, 10: light receiving unit, 20, 20A ... output unit, 21 1 to 21 N ... integration circuit, 22 1 to 22 N ... hold circuit, 23 ... AD conversion unit, 24 ... storage unit, 30 , 30A ... control unit, 31 1 to 31 M ... buffer circuit, 32 1 to 32 M ... NOR gate circuit, 33 1 , 33 3 ... latch circuit.
Claims (1)
前記固体撮像装置が、
入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、このフォトダイオードと接続された読出用スイッチと、を各々含むMN個の画素P1,1〜PM,NがM行N列に2次元配列された受光部と、
前記受光部における第m行のN個の画素Pm,1〜Pm,Nそれぞれの読出用スイッチに対し開閉動作を指示する第m行選択制御信号を与える行選択用配線LV,mと、
前記受光部における第n列のM個の画素P1,n〜PM,nそれぞれの読出用スイッチと接続され、前記M個の画素P1,n〜PM,nのうちの何れかの画素のフォトダイオードで発生した電荷を、該画素の読出用スイッチを介して読み出す読出用配線LO,nと、
前記読出用配線LO,1〜LO,Nそれぞれと接続され、前記読出用配線LO,nを経て入力された電荷の量に基づいて生成されたデジタル値を出力する出力部と、
前記行選択用配線LV,1〜LV,Mを介して前記受光部におけるMN個の画素P1,1〜PM,Nそれぞれの読出用スイッチの開閉動作を制御するとともに、前記出力部におけるデジタル値出力動作を制御する制御部と、
を備え、
前記読出用配線LO,nにより互いに接続された前記受光部および前記出力部を各々含む複数のブロックが構成され、
各ブロックの前記受光部が行方向に並列配置されており、
各ブロックの前記出力部が前記デジタル値を記憶する記憶部を含み、
前記制御部が、
前記受光部においてM行N列に2次元配列された画素P 1,1 〜P M,N を各々Q行R列の画素からなる単位領域に区分し、これらの(M/Q)行(N/R)列に2次元配列された単位領域を各々K行1列の単位領域からなるビニング領域に区分して、
前記受光部において(M/KQ)行(N/R)列に2次元配列されたビニング領域について順次に行毎に、該行にあるビニング領域に含まれる画素の読出用スイッチを閉じさせて、これらの画素のフォトダイオードで発生した電荷を前記出力部に入力させ、各ビニング領域に含まれるKQR個の画素から出力された電荷の量の和に応じたデジタル値を前記出力部から出力させ、
前記固体撮像装置が撮像期間中に前記受光部における列方向に移動し、
前記固体撮像装置の移動速度をvとし、フレームレートをfとし、画素ピッチをdとしたとき、v/f>KQd なる関係を満たす、
X線撮像システム(ただし、M,Nは2以上の整数、mは1以上M以下の整数、nは1以上N以下の整数)。 An X-ray imaging system configured to image an X-ray output from an X-ray generator and transmitted through an imaging target with a solid-state imaging device to reconstruct an image of the imaging target,
The solid-state imaging device,
MN pixels P 1,1 to PM , N each including a photodiode that generates an electric charge of an amount corresponding to the incident light intensity and a readout switch connected to the photodiode are arranged in M rows and N columns. A two-dimensionally arranged light receiving unit,
The m-th row of N pixels P m, 1 to P m, N-row selection give m-th row selecting control signal for instructing opening and closing operations for each readout switch wiring L V in the light receiving portion, and m ,
Any one of the M pixels P 1, n to PM , n is connected to the readout switch of each of the M pixels P 1, n to PM , n in the n-th column in the light receiving unit. A readout wiring LO , n for reading out a charge generated in a photodiode of the pixel via a readout switch of the pixel;
An output unit that is connected to each of the read wirings L O, 1 to L O, N and outputs a digital value generated based on the amount of charge input through the read wiring L O, n ;
The read / write switch of each of the MN pixels P1,1 to PM , N in the light receiving section is controlled via the row selection wiring LV , 1 to LV , M, and the output section is controlled. A control unit for controlling the digital value output operation in,
With
A plurality of blocks each including the light receiving unit and the output unit connected to each other by the read wirings LO , n ;
The light receiving units of each block are arranged in parallel in a row direction,
A storage unit which the output of each block for storing the digital values seen including,
The control unit includes:
In the light receiving unit, the pixels P 1,1 to PM , N two-dimensionally arranged in M rows and N columns are divided into unit regions each including pixels in Q rows and R columns, and these are divided into (M / Q) rows (N / R) The unit areas two-dimensionally arranged in the column are divided into binning areas each having a unit area of K rows and 1 column,
In the light receiving section, for each of the binning areas two-dimensionally arranged in (M / KQ) rows and (N / R) columns, a readout switch of a pixel included in the binning area in the row is closed, and Charges generated by the photodiodes of these pixels are input to the output unit, and a digital value corresponding to the sum of the amounts of charges output from the KQR pixels included in each binning region is output from the output unit.
The solid-state imaging device moves in a column direction in the light receiving unit during an imaging period,
When the moving speed of the solid-state imaging device is v, the frame rate is f, and the pixel pitch is d, the relationship v / f> KQd is satisfied.
X-ray imaging system (where M and N are integers of 2 or more, m is an integer of 1 or more and M or less, and n is an integer of 1 or more and N or less).
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